碳纖維復(fù)合材料：在船體以及水下耐壓構(gòu)件中的應(yīng)用
2020-03-11
過去，碳纖維復(fù)合材料主要被應(yīng)用于航天航空領(lǐng)域，近年來，這種先進(jìn)復(fù)合材料也逐步被艦船及水下裝備制造行業(yè)所重視。無錫智上新材在熱固性及熱塑性碳纖維復(fù)合材料的研發(fā)方面一直走在行業(yè)前列，近十年來在與應(yīng)用方的密切合作中，以多樣化的碳纖維零部件為該行業(yè)提供了高性能、輕量化的服務(wù)，并積累了大量的“實(shí)戰(zhàn)”經(jīng)驗(yàn)。下文就由其介紹一下碳纖維復(fù)合材料在船體及水下耐壓構(gòu)件方面的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。
具有隱身功能的碳纖維艦船
碳纖維復(fù)合材料在船體上的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)：
相比于傳統(tǒng)的造船材料，碳纖維復(fù)合材料具有獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì)。首先，碳纖維復(fù)合材料具有良好的機(jī)械性能。用其制造船體，有利于減輕自重，從而降低油耗。在大批量設(shè)計(jì)和定制的前提下，船體構(gòu)建起來比較快，施工和維護(hù)費(fèi)用遠(yuǎn)低于鋼制船體材料。尤為重要的是，碳纖維與樹脂基體形成的界面能有效阻止裂紋擴(kuò)展，具有良好的耐疲勞性能，另外，碳纖維表面的化學(xué)惰性體現(xiàn)出耐腐蝕特性，可以有效降低水生物附生等危害。
碳纖維復(fù)合材料透波、透聲性好，無磁性，現(xiàn)有的隱身型軍艦就是用碳纖維復(fù)合材料打造的。用碳纖維復(fù)合材料制造艦船的上層建筑，在減輕船體重量的同時(shí)，可通過在夾層中嵌入有濾波功能的頻率選擇層，就可以在預(yù)定的頻率下發(fā)射和接受電磁波，從而屏蔽敵方的雷達(dá)電磁波。
碳纖維復(fù)合板
除了船體甲板、上層建筑外，碳纖維復(fù)合材料還可應(yīng)用在艦船的其他方面，應(yīng)用于偵察艦和快速巡航艦推進(jìn)系統(tǒng)的螺旋槳和推進(jìn)軸系時(shí)，能明顯減輕船體的振動(dòng)效應(yīng)和噪聲。應(yīng)用于方向舵、特殊的機(jī)械裝置和管道系統(tǒng)時(shí)，整體性能遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)金屬材料。
碳纖維復(fù)合材料在水下耐壓構(gòu)件中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)：
因?yàn)榫哂械兔芏?、高?qiáng)度、高模量、耐疲勞、耐腐蝕和較好的可設(shè)計(jì)性等優(yōu)點(diǎn)，碳纖維復(fù)合材料已在多種潛水器、深?；铏C(jī)等裝備的耐壓構(gòu)件上得到了廣泛應(yīng)用。
國(guó)內(nèi)的《深海關(guān)鍵技術(shù)與裝備》重點(diǎn)專項(xiàng)中曾明確提出要研制出適用于全海深，即最大工作深度為11100ｍ的潛水器的復(fù)合材料耐壓殼體，要求在重量體積比不大于0.8g/cm3的前提下，耐壓強(qiáng)度達(dá)到110MPa以上。
在該項(xiàng)要求出臺(tái)前，國(guó)外這類技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了一定水平，例如美國(guó)海洋之門等公司研制的Cy-clops系列載人潛水器，采用碳纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料作為耐壓殼，工作深度可達(dá)3000-6000ｍ。美國(guó)研制的Deepglider深海滑翔機(jī)耐壓殼也采用碳纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料，其質(zhì)量體積比僅為0.47，可在6000ｍ的深度下正常工作。國(guó)內(nèi)中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所自主研發(fā)的海翼號(hào)深?；铏C(jī)，其耐壓殼同樣為碳纖維復(fù)合材料，最大工作深度已突破8000ｍ，一舉刷新了水下滑翔機(jī)最大下潛深度的世界紀(jì)錄。
碳纖維耐壓殼
為進(jìn)一步滿足海洋領(lǐng)域的軍事安全、資源勘探、科學(xué)探索和商業(yè)開發(fā)等不同的目的需求，長(zhǎng)航程、高航速甚至是大潛深的高性能輕量化海洋裝備成為主要的發(fā)展趨勢(shì)。采用碳纖維復(fù)合材料制作的零部件能充分滿足低重量、高強(qiáng)度、耐壓穩(wěn)定性好等要求成為先進(jìn)海洋裝備的理想原材料，無錫智上新材也竭力為中國(guó)海洋事業(yè)的未來發(fā)展貢獻(xiàn)自己的一份力量。
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